2.1 Wie gedeihen Extremophile?


Mikroorganismen sind häufig an ihr Habitat angepasst. Mikroorganismen, die in der Tiefsee leben, sind also an andere Bedingungen angepasst als Mikroorganismen, die in Oberflächensediment leben.
Dementsprechend müssen wir im Labor die verschiedenen Bedingungen der Habitate so gut es geht nachahmen, damit die Mikroben sich „wie zu Hause“ fühlen.

Hinweis
Sehr viele Mikroorganismen können unter Labor-Bedingungen nicht wachsen. Es ist also nicht möglich alle Mikroorganismen, die in einer Probe präsent sind, im Labor zu kultivieren. In der Literatur ist oft die Rede davon, dass schätzungsweise nur 1 % aller Mikroorganismen im Labor wachsen.

Wenn wir die Organismen aus einer Umweltprobe zum Wachsen bringen möchten, nennen wir dies kultivieren. Hierfür stellen wir zuerst ein Medium her, das möglichst die Nährstoffe des Habitats enthält. Für eine Meerwasserprobe würde zum Beispiel der Salzgehalt so ähnlich eingestellt wie der des Meerwassers. Auch erwarten wir von Mikroben aus der Tiefsee, dass sie anaerob, ohne Sauerstoff, wachsen. Denn in der Tiefsee ist kein Sauerstoff. Anders sieht es bei einer Probe aus Oberflächensediment aus. Diese Organismen würden aerob (mit Sauerstoff) wachsen.
Die Medienherstellung für Anaerobier ist etwas komplizierter als die für Aerobier. Das Medium muss gekocht und begast werden, damit kein Luft-Sauerstoff mehr gelöst ist. Als Gas wird oft Stickstoff (N2) verwendet.

Frage
Wie geht das mit dem Kochen und dem Begasen?

Für das anoxische Arbeiten gibt es einen Indikator, Resazurin, der durch einen Farbumschlag die Anwesenheit bzw. Abwesenheit von Sauerstoff anzeigt.

Resazurin.png

Generell muss ein Medium stets u.a. Kohlenstoff-, Stickstoff- und Phosphat- haltige Verbindungen aufweisen, damit die DNA bei der Zellteilung repliziert werden kann.

Kultivierung von Mikrorganismen


Das Nährmedium kann in flüssigem oder festen Zustand benutzt werden. Zum Beispiel wird für das Festmedium der Nährlösung ein zusätzlicher Bestandteil zugefügt, der Agar. Dieses Geliermittel wird aus den Zellwänden von Algen gewonnen. Bei hohen Temperaturen verflüssigt sich das Pulver und beim Abkühlen bildet es ein Gel aus.

Vertiefung
Agar
Agar ist ein Polysaccharid, das hauptsächlich aus Agarose (etwa 70 %) und Agaropektin (etwa 30 %) besteht. Es ist ein wichtiger Bestandteil in den Zellwänden verschiedener Rotalgen. Wollt ihr mehr über Agar wissen? Dann schaut doch einfach mal hier.

Dieses Gel kann man sich zu Nutze machen indem man Zellen auf der Oberfläche aufbringt. Die Mikroorganismen können die Nährstoffe aus dem gelierten Medium zum Wachsen aufnehmen, und durch die Zellteilungen entsteht aus einer mit dem Auge nicht sichtbaren Zelle eine sichtbare Kolonie auf der Oberfläche. Eine Kolonie besteht aus vielen Millionen Zellen.

Koloniebildung.png

Wenn Mikroorganismen in flüssigem Medium wachsen, sieht man eine Trübung des Mediums. Für Mikroorganismen, die Sauerstoff benötigen (die Aerobier), kann das Medium geschwenkt werden, damit eine bessere Durchmischung mit Sauerstoff stattfindet. Für eine anoxische Kultivierung, also die Kultivierung von anaeroben Organismen, darf die begaste Kultur nicht geöffnet werden. Für die Inkubation von Festmedium bedarf es einem speziellen Behältnis, damit die Agarplatten nicht in Kontakt mit Luftsauerstoff kommen.

Frage
Wie schnell vermehren sich eurer Meinung nach E-coli-Zellen? Schaut es euch in diesem Film an! Und lernt gleich noch etwas darüber, in welchem Tempo sich Elefanten fortpflanzen!